W drugiej części artykułu przedstawiam modyfikacje drona FoldApe4, związane z problematycznym działaniem fabrycznego GPS. Te informacje mogą być przydatne również w przypadku innych dronów (nie tylko tych małych), wyposażonych w moduł GPS.
Decydując się na zakup FoldApe4 miałem świadomość (relacje pierwszych nabywców tego modelu), że GPS może stwarzać problemy. Jest to związane z małymi wymiarami drona, wymuszającymi umieszczenie modułu GPS w małej odległości od anteny nadajnika FPV. Już pierwszy test po zakupie potwierdził te obawy. O ile przy zasilaniu drona z powerbanku 5V (jest taka możliwość przez port USB, wtedy nadajnik FPV nie jest zasilany) GPS „łapał” satelity bez problemu, to zaraz po podłączeniu pakietu zasilającego, natychmiast gubił synchronizację. Niektórzy użytkownicy zalecali po prostu zmniejszenie mocy nadajnika (maksymalna to 600mW, a więc sporo), ale ja postanowiłem zająć się dokładniej tematem i spróbować rozwiązać problem, tak aby GPS działał również przy maksymalnej mocy VTX.
Pierwszy pomysł jaki przyszedł mi do głowy (widziałem takie rozwiązania w kilku fabrycznych małych dronach klasy „mini-explorer” i „cinematic”), to przeniesienie modułu GPS na przód, w miejsce przystosowane do mocowania kamerki do filmowania. Nie na stałe oczywiście (bo docelowo chciałem latać z kamerą) ale dla potwierdzenia tezy, że przeniesienie GPS-a spod anteny VTX da spodziewany efekt. W tym celu zaprojektowałem i wydrukowałem przedni uchwyt pod fabryczny GPS.
Okazało się, że to rozwiązanie działa w czasie lotu. Zanim jednak zrobiłem próby w locie, to starałem się przetestować fabryczny GPS poza dronem, podłączając go bezpośrednio do komputera z oprogramowanaiem do konfiguracji GPS (o tym na końcu artykułu) W efekcie zdecydowałem się na zakup 2 dodatkowych różnych modułów do testów, tak aby wybrać najlepszy - taki który docelowo najlepiej sprawdzi się również przy tylnym mocowaniu. Istotnym kryterium było wyposażenie w nieulotną pamięć (NVRAM), tak aby można było zapamiętać zmodyfikowaną konfigurację (fabryczny GPS nie ma takiej pamięci). Zdecydowałem się na Beitian BK-182, oparty o chip M9 (bardziej zaawansowany model popularnego wśród „droniarzy” BN-220 na chipie M8), oraz zauważalnie mniejszych rozmiarów HGLRC M100 Mini, bazujący na chipie M10. Oba są wyposażone w pamięć konfiguracji, ale na EEPROM, w przeciwieństwie do BN-220 (i podobnych tej generacji), gdzie na płytce jest miniaturowa bateria.
Konsekwentnie zaprojektowałem i wydrukowałem również dla nich uchwyty do mocowania z przodu FoldApe4. Byłem już po testach „stacjonarnych”(w pomieszczeniu przy oknie, oprogramowanie do konfiguracji) i bardzo mnie ciekawiło jak wypadnie porównanie w w realnych warunkach - w otwartym terenie, na ziemi i w locie.
Wyniki testów zebrałem na dwóch powyższych fotkach. Jest to porównanie jedynie orientacyjne, bo chociaż loty odbywały się w tym samym miejscu, ale w różnych dniach i nie o tej samej godzinie, a to może mieć wpływ na konfigurację satelitów. Pierwsze zdjęcie pokazuje sytuację na chwilę przed startem (już po złapaniu synchronizacji, co trwa kilka minut po włączeniu zasilania), a drugie w czasie lotu. Zaskoczeniem był fabryczny moduł, bo pokazał najwięcej satelitów - aż 36, natomiast najdłużej się synchronizował po pierwszym włączeniu zasilania (tzw. „cold start”) oraz po szybkiej wymianie baterii („warm start”). Przez kilka lotów wydawało się, że w powietrzu też wszystko jest OK, ale jednak raz zdarzyło się, że „stracił” na chwilę wszystkie satelity. Ostatecznie więc zdecydowałem się, że docelowo nie będę z niego korzystał. Oba pozostałe moduły w locie nie sprawiały żadnych problemów. BK-182 spodobał mi się pod tym względem, że łapie satelity najszybciej ze wszystkich testowanych (zarówno „cold start” jak i „warm start”) i od razu odbiera sygnał z kilkunastu. M100 Mini też dość szybko startuje, i chociaż na początku ilość satelitów nie jest duża, to w czasie lotu ich przybywa (lub jeśli odczekać dłużej na ziemi), a po pewnym czasie (już w czasie lotu) zanotowałem przypadki, że było ich ponad 20. Tak więc choć na początku faworytem był BK-182, to po przemyśleniu wybrałem do tylnego montażu M100 Mini - ze względu na sporo mniejszą masę i wymiary, pozwalające na odsunięcie się od anteny VTX o kilka dodatkowych milimetrów. Ciekawostką jest to, że wszystkie 3 moduły (dron znajdował się w tym samym miejscu) sporo różniły się przed startem w odczycie wysokości bezwzględnej (NPM) - 184m, 161m, 149m.
Zaprojektowałem i wydrukowałem nowe mocowanie anten (zmieniając trochę ich kąt, aby był bliższy 90 stopniom w stosunku do GPS) oraz uchwyt pod M100 mini, mocowany na śrubki, co pozwala na jego wymianę (lub wymianę GPS) bez konieczności demontażu anten. Nowy uchwyt anteny oczywiście pasuje do mocowania brzęczyka (temat omówiony w pierwszej części), który z założenia miał się znaleźć pod modułem GPS.
Kolejnym elementem modyfikacji, był ekranowany (DIY) kabel do podłączenia GPS do płytki kontrolera. Taki kabel może być istotnym źródłem zakłóceń. Musi być on co najmniej mocno skręcony a najlepiej jak jest ekranowany. Ja przy pierwszym rozkręceniu FoldApe4 ze zdumieniem stwierdziłem, że został on wyprowadzony pod górną płytą pomiędzy masą zasilania a plusem zasilania. Pomijając już fakt, że nie był wykonany w postaci solidnej skrętki, a to jest niezgodne ze sztuką i aż prosi się o zakłócenia. Żeby już nie tracić czasu na koleje eksperymenty, postanowiłem zrobić swój ekranowany kabel z cienkich przewodów z silikonową izolacją i miedzianej taśmy z rolki. Widoczny od strony złącza krótki czarny przewód został przylutowany do końcówki taśmy, następnie cały kabel został nią owinięty, a na wszystko dałem cienką koszulkę termokurczliwą. Ostatecznie częściowo musiałem usunąć jej kawałek na końcu, bo całość okazała się trochę za sztywna do zawinięcia pod uchwyt mocujący GPS.
Kabel poprowadziłem wzdłuż prawego boku, mocując go brązową nitką do elementów drukowanych i wspornika ramy. Jest włączony do fabrycznego kabla, który został mocniej skręcony i znajduje się w miejscu, w którym nie powinien łapać zakłóceń. Takie rozwiązanie zastosowałem, żeby mieć możliwość ew. szybkiej wymiany GPS, gdyby M100 Mini jednak mnie nie zadowolił.
Nic takiego jednak nie miało miejsca, w czasie wielu lotów M100 spisywał się bez zarzutu. Na fotce widać, że przy odrobinie cierpliwości nawet przed startem udało się „złapać” 15 satelitów, a w czasie lotu zdarzało się, że ich ilość dochodziła do 23 (przeciętnie wynosiła 20-22). Także wszystko wskazuje na to, że ten moduł pozostanie już stałym wyposażeniem mojego FoldApe4.
Pliki do pobrania:
Przednie mocowanie GPS -- > Thingiverse
Tylne mocowanie GPS --> Thingiverse
Na zakończenie kilka słów o konfiguracji modułów GPS. Do tego celu potrzebna jest przejściówka USB <--> RS232 do podłączenia modułu do komputera, oraz dedykowane oprogramowanie. Moja przejściówka to tani (i popularny) interfejs CP2102. Oprogramowanie na zrzucie z ekranu to U-Center w wersji 24.02 i jest to chyba ostatnia wersja pierwszej generacji, która nie obsługuje już modułów z chipem M10 (a więc M100 Mini). Tym niemniej fabryczny GPS jak i BK-182 dało się przetestować przy jego pomocy.
Sam program jest bardzo skomplikowany i bez jakichś poradników w zasadzie nie da się „z marszu” samodzielnie przeprowadzić konfiguracji. Ja znalazłem bardzo dobry tutorial autorstwa Oskara Lianga, który w prosty sposób pokazuje kilka niezbędnych kroków do optymalizacji ustawień GPS pod kątem drona. Fabryczny moduł by ustawiony na prędkość 115200, a mnie zależało na jej obniżeniu, gdyż mniejsza częstotliwość transmisji danych oznacza jednocześnie mniejszą wrażliwość na zakłócenia (jeśli takie pojawiały by się na kablu). Druga sprawa to ilość próbek na sekundę, nowoczesne moduły oferują liczbę na poziomie 10/sek, co nie ma specjalnie sensu przy dronie, który nie jest bardzo szybki. Duża częstotliwość próbkowania potrafi „zatkać” procesor GPS, szczególnie przy większej ilości satelitów. Oprogramowanie najlepiej uruchomić przed podłączeniem do komputera interfejsu z modułem, trzeba wybrać prawidłowy port COM i prędkość transmisji jaka jest ustawiona w GPS, wtedy na ekranie pojawi się (na dole) symbol połączenia, a czarne okienka z prawej zaczną się zapełniać danymi.
Jeśli chodzi o fabryczny moduł, to oprogramowanie go widzi (nawiasem mówiąc jako chip M6, czyli już dość leciwy), można odczytać parametry, ale nie da się ich zmienić - a dokładniej nie działa opcja zapisu konfiguracji. Po ponownym podłączeniu widać, że parametry pozostały bez zmian. Świadczy to o tym, że nie ma on pamięci konfiguracji (NVRAM) i można używać wyłącznie konfiguracji fabrycznej. W przypadku BK-182 wszystko poszło bezproblemowo, dokładnie tak jak zostało to opisane w poradniku Oskara Lianga.
Natomiast do konfiguracji M100 Mini potrzebne jest najnowsze oprogramowanie U-Center2. To nowość, w ubiegłym roku nie znalazłem sensownych poradników, a tak jak poprzednio bez pomocy nic się tu nie da zrobić. Powiedziałbym że nowy soft jest wręcz bardziej dezorientujący niż stary. Pomocny okazał się blog iFlight i dzięki niemu udało mi się zmienić konfigurację M100. A dokładniej - skończyło się na tym, że ręcznie podmieniłem parametry (baudrate, częstotliwość próbkowania) w pliku konfiguracji, udostępnionym na blogu, zaimportowałem ten plik do programu i następnie zapisałem do swojego M100-Mini.
A tak wyglądają zakładki konfiguracji GPS w Betaflight. Z lewej fabryczny moduł (AutoBaud i AutoConfig nie powinny być zaznaczone). Z prawej BK-182 i M100 Mini (oba pracują na tych samych ustawieniach, AutoBaud - wyłączone, AutConfig włączone, UseGalileo - tak/nie, ja włączyłem). W zakładce konfiguracji Betaflight „Ports” w polu GPS należy ustawić właściwy baudrate - 115200 dla fabrycznego modułu, a dla dwóch pozostałych ja ustawiam 57600. Jeśli natomiast ktoś chciałby użyć modułu takiego jak M100 Mini bez zmiany konfiguracji, to dedykowane modelarskie mają w większości ustawione domyślnie maksymalne parametry - baudrate 115200 i „frame rate” 10/sek. Tak przy okazji - zrzuty pokazują jak wygląda odbiór satelitów, kiedy dron jest w pomieszczeniu przy oknie (a więc widzi tylko fragment nieba). W dodatku trzeba poczekać naprawdę długo (kilka dobrych minut), zanim cokolwiek „zapali” się na zielono. Na otwartym terenie odbywa się to nieporównanie szybciej.
Rozwiązywanie problemu GPS kosztowało mnie sporo zachodu, ale jednocześnie była to okazja trochę głębszego zapoznania się z tematem i nauczenia nowych rzeczy, które mogą się przydać w przyszłości przy kolejnych projektach.